Polimeri: termoplastici e termoindurenti a confronto

I polimeri sono molecole giganti formate dalla ripetizione di una piccola unità: dalle materie plastiche alle gomme, dalle fibre alle resine. Ma non sono tutti uguali. La distinzione pratica più importante è tra termoplastici, che si possono fondere e rimodellare più volte, e termoindurenti, che induriscono una volta sola e non tornano più fusibili. Capire la differenza significa capire perché alcune plastiche si riciclano e altre no.

Vediamo che cos’è un polimero, come si forma, la differenza tra termoplastici e termoindurenti e che cosa sono gli elastomeri.

Che cos’è un polimero

Un polimero è una macromolecola costituita da molte unità uguali — i monomeri — legate insieme in lunghe catene. La struttura si rappresenta racchiudendo tra parentesi l’unità che si ripete, con un pedice n che indica il numero (molto grande) di ripetizioni:

monomero × n → [ –unità ripetitiva– ]_n  (polimero)

Le proprietà di un polimero dipendono dal monomero di partenza, dalla lunghezza delle catene e, soprattutto, dal modo in cui le catene sono legate tra loro: catene separate e libere di scorrere danno un comportamento molto diverso da catene saldate da legami trasversali.

Come si forma: polimerizzazione

La reazione che unisce i monomeri si chiama polimerizzazione. Può avvenire per addizione — i monomeri si sommano uno dopo l’altro senza scarti, come nel polietilene — oppure per condensazione, in cui a ogni legame si elimina una piccola molecola (per esempio acqua), come nel nylon o nel poliestere. In entrambi i casi il risultato è una catena lunghissima; ciò che cambia tra termoplastici e termoindurenti è come queste catene si organizzano nello spazio.

Termoplastici: catene che scorrono

Nei termoplastici le catene sono lunghe ma separate, tenute insieme solo da forze deboli (interazioni intermolecolari). Quando si scaldano, queste forze cedono: le catene scorrono le une sulle altre e il materiale rammollisce e fonde, potendo essere stampato o estruso. Raffreddandolo si risolidifica, e il ciclo si può ripetere molte volte. Questa reversibilità rende i termoplastici riciclabili per rifusione. Appartengono a questa famiglia il polietilene, il polipropilene, il PVC, il polistirene, il PET.

Termoindurenti: catene reticolate

Nei termoindurenti, durante l’indurimento (la «cura») si formano numerosi legami covalenti trasversali che collegano le catene in un’unica rete tridimensionale rigida. Una volta creata questa rete, scaldare il materiale non lo fonde: i legami forti non cedono, e a temperatura sufficientemente alta il materiale si degrada o brucia invece di rammollire. Per questo i termoindurenti non sono rifondibili né facilmente riciclabili, ma in compenso sono molto rigidi, resistenti al calore e stabili. Sono termoindurenti le resine epossidiche, le fenoliche, le poliuretaniche reticolate, la gomma vulcanizzata.

Gli elastomeri

Una terza categoria è quella degli elastomeri, le gomme: polimeri con catene molto flessibili e poche reticolazioni, che permettono al materiale di deformarsi tantissimo sotto sforzo e di tornare alla forma originale quando lo sforzo cessa. La vulcanizzazione della gomma naturale, che introduce ponti di zolfo tra le catene, è proprio una reticolazione controllata: pochi legami trasversali rendono la gomma elastica e resistente senza renderla rigida come un termoindurente pieno.

Termoplastici e termoindurenti a confronto

La tabella mette a fianco le due grandi famiglie, con la struttura delle catene e le conseguenze pratiche:

In sintesi, è il grado di reticolazione tra le catene a separare le due famiglie e a dettarne il comportamento al calore e davanti al riciclo.

Domande frequenti

Qual è la differenza tra termoplastico e termoindurente?

Un termoplastico ha catene separate tenute insieme da forze deboli: scaldandolo fonde e si può rimodellare più volte. Un termoindurente ha le catene collegate da legami covalenti trasversali in una rete rigida: una volta indurito non fonde più e, se scaldato troppo, si degrada. È la reticolazione a fare la differenza.

Perché i termoplastici si riciclano e i termoindurenti no?

Perché i termoplastici si possono rifondere e rimodellare senza distruggere la loro struttura, quindi si prestano al riciclo meccanico per rifusione. I termoindurenti hanno una rete di legami irreversibile: non tornano fusibili, e per questo non si riciclano allo stesso modo, ma vanno recuperati con altre vie.

Che cos’è un monomero?

È la piccola molecola di partenza che, ripetuta molte volte e legata in catena, forma il polimero. Per esempio l’etilene è il monomero del polietilene. L’unità che si ripete nella catena si chiama unità ripetitiva e si rappresenta tra parentesi con un pedice n.

Che cos’è la polimerizzazione?

È la reazione che unisce i monomeri in catene. Può avvenire per addizione (i monomeri si sommano senza scarti) o per condensazione (a ogni legame si elimina una piccola molecola, come l’acqua). Il risultato è in entrambi i casi una macromolecola a catena lunga.

Che cosa sono gli elastomeri?

Sono i polimeri delle gomme: hanno catene molto flessibili e poche reticolazioni, perciò si deformano molto sotto sforzo e tornano alla forma originale. La vulcanizzazione, che introduce ponti di zolfo tra le catene, è una reticolazione leggera che rende la gomma elastica e resistente.